装配式建筑发展现状及展望.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：刘长松（1972），男，汉族，天津人，本科，高级工程师，研究方向为工程项目管理。-106-装配式建筑发展现状及展望 刘长松1 邵思城1 王泽州1 欧阳择领2 高兴林3 1.中信建设有限责任公司，北京 100000 2.新疆北新国际工程建设有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000 3.山东建筑大学 土木工程学院，山东 济南 250101 摘要：摘要：目前，我国正积极倡导建筑产业化，加速推动了装配式建筑的蓬勃发展。本文包含了对装配式建筑多种结构体系的介绍，并深入探讨了 BIM 技术在装配式建筑设计、构件生产、施工以及运维阶段的广泛应用。对于装配式建筑施工中需要注意的关键事项进行了总结，并对其经济效益进行了分析。最后，提出了关于装配式建筑未来发展方向的建议。关键词：关键词：装配式建筑；结构体系；BIM 技术；经济性 中图分类号：中图分类号：TU318 0 引言 装配式混凝土建筑是指以工厂化生产的混凝土预制构件为主。通过现场装配的方式设计建造的混凝土结构类房屋建筑。常用的装配式构件包括叠合板、预制楼梯、叠合梁、预制柱、预制剪力墙、预制外墙等。在最近这几年，人们对于装配式房屋的关注度相对较高，再加上国家相关管理部门推出装配式房屋优惠措施，使得建筑行业对装配式技术给予了足够的关注，这也直接推动装配式技术的发展。装配式房屋目前正处于关键的转型阶段，是未来建筑行业市场发展的主要方向1。为了切实达到装配式建筑工程项目的建设效果，管理人员除了重点关注各个技术要点，以便最终确保装配式建筑工程施工质量外，还需要做好工程造价控制工作。装配式建筑工程造价控制不仅仅可以有效确保项目有序建设，解决资金困难，同样也可以提升项目经济效益，具备较高研究价值。1 装配式建筑结构体系 1.1 PC 框架、剪力墙结构体系 目前广泛应用的 PC 构件包括三板（叠合楼面板、内外墙板和楼梯板）、预制柱、预制剪力墙2-3。预制三板应用十分广泛，预制柱和预制剪力墙应用相对较少。主要原因在于，柱和剪力墙为抗侧力构件，对施工质量要求较高，如果施工质量不满足规程相关要求，整体结构的抗震性能难以得到保证。目前很多地区的三板采用预制构件，抗侧力构件采用现浇结构。北京和上海的装配式建筑方面走在全国前列，预制柱和预制剪力墙应用十分广泛。1.2 PS 结构体系 装配式钢结构是由钢制材料组成的结构。目前高层装配式钢结构建筑的结构体系包括框架结构、框架-支撑体系。钢构件主要包括型钢和钢板制成的钢梁、钢柱、钢桁架等。构件采用的连接方式包括焊接、螺栓连接和铆接。装配式钢结构具有施工周期短、节能环保等优势，缺点在于造价偏高且抗火性能弱于钢筋混凝土结构。1.3 竹木结构体系 竹材和木材被普遍视为环保的建筑材料，轻型木结构在国际上也受到广泛应用。在我国悠久的历史中，我们一直采用大量的竹木结构。由于我国木材资源相对有限，我们不得不大量依赖于进口木材。与此相反，南方地区拥有丰富的毛竹资源，因此一些国内学者专注于竹木结构的研究。装配式木结构建筑是指主要的木结构承重构件、木组件和零部件在工厂中进行预制生产，然后通过现场安装形成的一种木结构建筑形式。这种建筑方式的主要优势包括绿色环保、易于实现工业化生产、方便的安装过程、卓越的抗震性能以及方便的回收再利用特点。2 数字化技术在装配式建筑中的应用 近年来我国大力推进装配式建筑的发展，与此同中国科技期刊数据库 工业 A-107-时，数字化技术的不断成熟更为装配式建筑的发展提供了巨大帮助。装配式和数字化息息相关，两者的结合是促进建筑业转型升级、实现高质量发展的必然要求。在建筑建造过程中，目前已广泛应用 BIM 技术。2.1 BIM 与装配式建筑设计 BIM 技术为可以辅助建筑结构设计，例如，在以往的设计中，经常出现构件碰撞的问题。采用三维建模后，该问题得到了明显改善，进而为建筑的施工提供了便利。采用数字孪生技术，未来可以将建筑三维模型直接转变为建筑施工图。BIM 技术在装配式建筑的设计阶段可以进行标准化设计、工程量统计、管线设计，深化设计阶段可以进行设计优化、碰撞检查和施工模拟等4。采用 BIM 技术，可以将设计、生产、施工、装修和管理的全过程串联，服务于装配式建筑的整个生命周期5。在装配式建筑的设计中可以采用基于 BIM 的模块化设计方法，将传统的施工图设计和施工深化设计合并，优化设计流程，提高设计效率6。通过 BIM 技术可以提高各专业协同设计能力，使设计的建筑更加合理，加强对装配式建筑建设全过程的指导和服务，可有效提高建造效率，降低建造成本。通过信息化技术的不断发展，可以逐渐降低设计阶段的人力需求，提高设计质量，降低建造成本。2.2 BIM 技术与预制构件生产 BIM 技术在装配式建筑构件生产阶段可以进行预制构件深化设计，基于 BIM 技术建立构件生产工艺模型，利用 BIM 技术的优势和特点进行预制构件初步设计和深化设计，利用 BIM 技术的协同性、可视化、信息化等特征，建立装配式建筑部品部件的深化设计模型7。BIM 技术在装配式建筑构件生产阶段的应用，不仅仅是建立三维模型，更重要的是采用信息化技术进行关键节点的设计与优化，结合施工需求进行预埋件的布置，从而保证构件的质量并确保施工阶段能够顺利安装。2.3 BIM 技术与现场施工 在装配式建筑施工管理方面，将物联网、激光扫描、GPS、移动通信等技术与 BIM 技术结合，对现场预制构件进行实时追踪，防止装配式构件丢失、误用等情况的发生，同时可以对预制构件进行实时动态调整，实现以装配为核心的物料精细化信息化管理。在施工质量进度成本控制管理方面，将施工进度等时间数据加入BIM模型，从而将“3D-BIM”模型转换成“4D-BIM”可视化模型，以实现对现场施工进度的实时跟踪与监控8。在现场施工安全管理方面，可为施工现场安全管理目标的制定提供帮助，明显提升建筑施工安全管理水平，减少安全责任事故的发生9。2.4 BIM 技术在装配式建筑运营维护阶段的应用 将 BIM 模型添加到建筑运维管理平台中，有助于实限建筑的智能化运维管理，显著提高管理水平。可实现了运维管理平台从二维到三维的跨越，相对于二维模型给，采用三维模型更直观，便于发现建筑存在的问题，有助于为管理人员减负。在装配式建筑的运营维护阶段引入 BIM 技术，不仅能够满足用户的基本需求，更可以实现全生命周期信息的共享，提高信息的准确性。同时，为各参与方提供了一个便捷的管理平台，从而显著提升建筑运维管理的效率。3 装配式建筑施工 3.1 预制构件的现场布置 装配式建筑的吊装工作量相当大。在进行施工平面布置时，必须结合构件特点，并根据施工环节对构件进行分类放置，以保证按计划完成施工操作。一旦装配件到达施工现场，工作人员需按照施工顺序和构建的形状进行现场布置，并确保配件放置在施工范围内。装配式建筑构件一般由工厂预制，预制构件根据设计情况不尽相同，后期组装阶段要求施工人员具备一定的专业能力，对所有构件有清晰的认知和了解，以满足现场施工的各个环节和具体实际要求。在此前提下，建筑企业的部门需要为所有现场工作人员提供相对应的知识培训课程，确保现场工作人员能够顺利解决不同情况下的困难，精准控制每个组装施工环节，以提高装配式房屋的完成质量。3.2 吊装施工要求 在装配式建筑施工现场，需要根据工程的设计方案，并结合施工结构特点以及实际施工情况，对内墙、外墙等装配式构件进行拆分处理。这样可以确保构件在运输和安装过程中更加便捷，同时也有利于减少施工中的浪费和损耗。为了保证施工的有序进行，需要按照施工顺序进行吊装和安装的分工。将施工过程细中国科技期刊数据库 工业 A-108-分为不同的阶段，并且在每个阶段中明确各个施工环节的责任和任务，以提高施工的效率和减少出现问题的可能性。在整个施工过程中，必须严格按照施工规范和标准进行操作，确保每一步都符合相关的建筑规定和安全标准。这样可以有效地避免施工质量问题和安全隐患的发生。同时，为了加强施工的统一协调性，各个施工环节之间需要密切配合，确保施工进度的顺利推进。各个施工小组之间应该保持良好的沟通与合作，及时解决施工中遇到的问题和难题。通过以上措施，可以使装配式建筑施工现场达到高效、有序和安全的状态，从而保证整个工程顺利进行并按时完成。在吊装施工过程中，所有工作人员必须接到信号后才能进行操作。完成每一道吊装工序后都需要进行检验，如果发现吊装误差，必须先请示后再继续操作，以确保吊装过程的安全和准确性。预制构件的起吊高度达到 4m 时，必须仔细检查吊装机上的绳索是否正确捆绑和连接预制构件，确认无误后方可继续起吊。由于起吊高度较高，操作的谨慎性尤为重要，以避免潜在的事故和损失。使用塔式吊装机时，起吊速度限制为 3.5m/min，且最快不能超过 4m/min。当预制构件到达吊装地点时，将其下放到距离设计吊装地点 0.5m 处，利用事先安装的导向架和控制线进行微调，将其调整到安装地点10。微调过程需要高度配合和准确判断，以确保构件的位置符合设计要求，为后续的固定和安装工作做好准备。在预制构件绳索松解过程中，必须使用固定斜支撑来支撑构件，以确保其稳定性。施工现场的安全措施必须做到位，以确保在吊装过程中构件不会出现不稳定的情况。最后，绳索完全脱离后，按照施工方案使用钢筋和螺栓对预制构件进行固定和安装，直至所有构件拼接完成。拼接的准确性和牢固性对于整体结构的稳定性和安全性至关重要，必须严格按照设计和规范要求进行施工。总的来说，预制构件吊装施工是装配式建筑过程中的关键环节之一，要求工作人员高度重视，保持严谨的操作态度，并遵循严格的安全规范，以确保施工过程的顺利进行和建筑质量的优良。3.3 预制墙板构件的施工 在预制墙板构件的施工过程中，为了确保钢筋的准确定位和控制预算，通常会采用 BIM 技术进行前期预算操作，并进行钢筋定位的调整。在调整过程中，首先要将支撑架固定好，以便进行装配式构件预制叠合板的吊装。通常，在预制叠合板的吊装过程中，使用各种吊装装置，如钢管架子、滑轮装置、钢丝绳等。为了保障吊装的安全性，钢筋可以制成吊环形状，并与支架进行焊接。为确保稳定性，连接长度一般不低于 10cm，并且通常使用至少四个钢筋吊环。为了保障预制叠合板在吊装过程中受力均匀，避免发生断裂等现象，还需配合滑轮装置来进行吊装工作。这样可以确保施工过程中的安全性和稳定性，从而顺利完成预制墙板构件的吊装工作。4 装配式建筑经济性分析 4.1 建造成本对比 建造成本主要包括人工费、材料费、施工机械使用费、措施费和间接费。装配式建筑运用特定材料和先进连接技术，实现了建筑构件的有效连接，并对传统的现浇模式进行了改进。采用工厂预制构件，现场拼接施工的流程。与传统的浇筑方式相比，装配式建筑在成本结构和计价模式上表现出明显的差异。这种方式不仅提高了工程效率，同时也降低了整体建造成本。较现浇建筑而言，装配式建筑的人工费明显降低，材料费基本不变，施工机械使用费、措施费、间接费有所增加。主要原因在于，大量工作在工厂完成，需要的人力减少，对吊装机械的需求增加。统计数据显示，采用装配式建筑，一般会增加 5%20%的成本。随着装配率的提高，增加的成本越高。4.2 运维成本对比 在运维方面，装配式建筑在经济性上具有显著优势，主要表现在年能耗成本和年维护成本的降低。作为一种新型绿色环保技术，装配式建筑采用了更加绿色环保的材料，预制构件工厂化生产大大降低了现场湿作业，从而极大地降低了能耗成本。此外，装配式建筑构件的质量稳定，具有更好的耐久性，有助于降低运行维护费用。这一系列优势使得装配式建筑在经济性方面成为一种有力的选择。5 展望 装配式是建筑业未来发展的必然趋势，由于目前中国科技期刊数据库 工业 A-109-装配式建筑在经济性和工期方面存在一定劣势，未来的发展方向如下：5.1 新型结构体系开发 不同的结构体系具有不同的优点，目前竹木结构正处于发展阶段，未来竹木结构必然将进装配式领域。装配式结构体系正在向地下发展，目前国内有一些装配式基础的应用案例，包括钢结构和钢筋混凝土结构。5.2 施工模式向智能建造模式迈进 目前的施工效率较低，导致装配式建筑的施工工期较长。特别是对于高层建筑，采用装配式建筑时，工期较采用现浇结构增加 30%以上。今后在高端施工装备、只能机器人等方面必然有所突破。5.3 低碳化方向发展 随着国家“2030 碳达峰、2060 碳中和”目标的提出，建筑业必然向低碳化方向发展，采用绿色环保的材料，采用低碳化施工方法，降低结构使用过程中的碳排放量是未来发展的必然趋势。参考文献 1刘强.预制混凝土外墙挂板设计J.住宅科技,2014,34(407):37-41.2周琦.RC 框架结构预制外挂墙板梁节点抗震性能研究D.扬州:扬州大学,2014.3杨佰兵.钢结构建筑外墙板及节点的设计方法D.济南:山东大学,2020.4何伟林.BIM 在建筑工程管理中的应用研究分析J.建筑工程技术与设计,2017(24):3450-3450.5孙峥.浅谈装配式建筑的发展与思考J.中国集体经济,2017(23):127-128.6张锋,金晶.BIM 与装配式建筑技术协同应用研究J.区域治理,2017(03):123.7刘亚楠,袁道明,陈晶晶.BIM 技术在装配式建筑预制构件生产阶段的应用J.石材,2022(12):56-59.8胡振中,彭阳,田佩龙.基于 BIM 的运维管理研究与应用综述J.图学学报,2015,36(05):802-810.9雷红伟.BIM 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